六位数显频率计数器

1、目录一、前言 1.1 课程设计任务1.2设计目的二、方案的提出与论证 2.1频率测量的原理和方法三、系统硬件设计3.1.1电源供电电路-3.1.2单片机时钟电路-3.1.3单片机复位电路3.1.4显示电路3.2 at89c51单片机芯片的功能及其参数- 四、系统软件设计4.1软件流程图及编写程序4.2软件减小测量误差的办法五、实验总结附录一：参考文献一、前言1.1 课程设计任务 本课程设计主要任务是设计一个频率计数器，其主要功能如下：利用at89c51单片机的t0、t1的定时计数器功能，来完成对输入的信号进行频率计数，计数的频率结果通过6位动态数码管显示出来。要求能够对025khz的信号频率进

2、行准确计数，计数误差不超过±2hz。1.2设计目的： a、熟悉和掌握51单片机的原理、结构和应用； b、用 protel/altium designer进行电路的设计,进一步了解相关软件的功能以及设计的一些规则; c、熟悉用c语言进行程序设计的一般方法、步骤和应用； d、积极发扬团队精神和集体荣誉感，互相协作、互相帮助； e、熟悉电路的调试的接线方法和调试方法及其原理 f、锻炼自己的实践和动手能力，为以后能更快的投入工作而做准备；二、方案提出与论证2.1频率测量原理与方法方案一：直接测频法。把被测频率信号经过脉冲形成电路后加到闸门的一个输入端，只有在闸门开通时间 1秒内，被计数的脉冲

3、被送到计数器进行计数。设计数器的值为n，由频率定义式计算得到被测信号频率为fn/t=n。 方案二：测量周期法。将被测量信号经过过零检测后转换成方波信号，利用单片机查询两个下降沿，在此期间根据晶体振荡器产生的时钟经过12分频的脉冲送计数器进行计数，设计数值为n，送入计数器的时钟周期为t,则得被测量信号的周期值为nt，然后取其倒数即为被测量信号的频率(1/nt) 。 理论上分析：采用直接测频法在测量低频段信号时的相对测量误差较大，但在高频段测量信号的频率有较高的精度。如果采用测频法测量低频段频率信号，要想提高精确度，势必会大幅度增加闸门开通时间t，时效性较差。相反，采用测量信号周期然后取其倒数的方

4、法在低频段测量时精度很高。但是本题目要求误差为±2hz，经过试验分析，加上必要的软件编程的措施，可以直接用高频的测法，在高频段，误差与示波器的显示频率基本一致，低频时，误差小于±0.5hz，满足题目的要求！我们都知道，52单片机中断的进入都是需要一定的时间的，如果我们没有把这个考虑进去，直接进行软件的设计，误差达到了±20hz。不满足题目的要求！因而在编程的时候，把中断事件也考虑进去！这样可以使得误差减小！三、系统硬件设计3.1电路原理图总图3.1.1电源供电电路 供电部份接口设计用的是dip2的插针，电路采用发光二极管检测电源是否已接通。3.1.2 单片机时钟电

5、路如下图所示：如图所示是采用内部振荡方式使8052单片机产生时钟信号，在单片机芯片的x1和x2引脚两端跨接石英晶体振荡器和两个电容构成稳定的自激振荡电路，其中电容对振荡频率起微调作用。晶振频率为12mhz。3.1.3单片机复位电路复位是单片机的初始化操作。其功能是使cpu从0000h单元开始执行程序。除了使系统正常初始化外，当程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键重新启动。如图为按键手动复位方式，通过复位端经电阻和电源+5v接通实现复位功能，兼备上电复位功能。3.1.4显示及驱动电路该系统采用两个四位 led共阳极显示器动态显示6位数。共阳极数码管在应用时应将公

6、共极com接到+5v，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。要使数码管正常发光一般都要加驱动电路，不加驱动电路是很暗的，共阳数码管驱动加于位选端。该数码管用s8850 pnp型三极管作为驱动电路，在基极加以分压限流电阻，以防止数码管因电流过大而烧坏。3 .2 at89c51单片机芯片的功能及其参数 at89s51是一个有40个引脚的芯片，引脚配置如图3所示。与8031相比，at89c51自带4k的rom和128b的ram，因此编写中小型系统就无需任何硬件进行扩展。图3 at89s51引脚配置at89s51芯片的40个引脚功能为：vcc

7、：电源电压。gnd：接地。rst：复位输入。当rst变为高电平并保持2个机器周期时，所有i/o引脚复位至“1”。xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。xtal2：来自反向振荡放大器的输出。ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时， ale只有在执行mov

8、x，movc指令是ale才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。/psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号将不出现。/ea/vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将内部锁定为reset；当/ea端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp）。p0口：8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当

9、p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在fiash编程时，p0 口作为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。p1口：8位双向i/o口。引脚p1.2p1.7提供内部上拉，当作为输入并被外部下拉为低电平时，它们将输出电流，这是因内部上拉的缘故。p1.0和p1.1需要外部上拉，可用作片内精确模拟比较器的正向输入（ain0）和反向输入（ain1），p1口输出缓冲器能接收20ma电流，并能直接驱动led显示器；p1口引脚写入“1” 后，可用作输入。在闪速编程与编程校验期间，p1口也可接收编码数据。

10、p2口：带内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。p3口：引脚p3.0p3.7为带内部上拉的双向i/0引脚。p3口的输出缓冲器能接收20ma的灌电流；p3口写入“1”后

11、，内部上拉，可用输入。p3口也可用作特殊功能口，其功能见表1。p3口同时也可为闪速存储器编程和编程校验接收控制信号。表3-1 p3口特殊功能 p3口引脚特殊功能p3.0rxd（串行输入口）p3.1txd（串行输出口）p3.2（外部中断0）p3.3（外部中断1）p3.4t0（定时器0外部输入）p3.5t1（定时器1外部输入）p3.6/wr（外部数据存储器写选通）p3.7/rd（外部数据存储器读选通）四、系统软件设计4.1软件流程图1 设计思路及原理单片机当工作方式寄存器tmod的c/t位=1时为计数方式，多路开关与定时器0的外部引脚连通，外部计数脉冲由引脚输入。当外部信号由1至0跳变时，计数器加

12、1，此时t0成为外部事件的计数器。由于确认一次由1至0的跳变要用24个振荡器周期，所以所设计计数器的最高计数频率为单片机时钟频率的1/24。1) 定时/计数器t0和t1的工作方式设置，t0是工作在计数状态下，对输入的频率信号进行计数，但对工作在计数状态下的t0，最大计数值为fosc/24，由于fosc12mhz，因此：t0的最大计数频率为250khz。所以对于设计要求即测量范围为025khz是完全满足的。对于频率的概念就是在一秒只数脉冲的个数，即为频率值。所以t1工作在定时状态下，每定时1秒中到，就停止t0的计数，而从t0的计数单元中读取计数的数值，然后进行数据处理。送到数码管显示出来2) t

13、1工作在定时状态下，最大定时时间为65ms，达不到1秒的定时，所以采用定时50ms，共定时20次，即可完成1秒的定时功能。因此每次放入定时器1的初值为th1=65536/256,tl1=65536%256.3) 工作方式的确定。首先，两个定时器都采用软件启动定时器，都工作在16位计数器状态，即方式1，所以tmod的高四位和低四位的gate=0，m1m0=01；定时器1用于定时，所以d6位=0，定时器0用于技术，所以d3位=1。所以tmod=0x15.控制方式寄存器tcon的相应位在程序中确定。开始t0清零，t1赋初值，tr0=1,tr1=1,允许定时器中断et0=1,et1=1，ea=1。t0

14、溢出中断或t1溢出中断timecount=20？了吗？tr0=0，tr1=0；读一秒钟的计数次数（也就是频率）x=t0count*65536+th0*256+tl0，处理数据temp0,temp1,temp2,temp3,temp4,temp5ny送数据到六位数码管显示结束软件流程图：设置变量t0count，temp等及字形码表及位选码表t0count+，th0,tl0=0t0溢出t1重新赋值not1溢出编写并调试好的程序如下：#include <reg51.h>#include <math.h>#define seg p0#define seg_w p2unsigne

15、d char code dispbit=0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20; /数组对应6个数码管unsigned char code dispcode= 0xc0,/ 00xf9,/ 10xa4,/ 20xb0,/ 30x99,/ 40x92,/ 50x82,/ 60xf8,/ 70x80,/ 80x90,/ 90x88,/ a0x83,/ b0xc6,/ c0xa1,/ d0x86,/ e0x8e/ f;unsigned char dispbuf5=0,0,0,0,0; unsigned char temp5;unsigned char dispcount;unsi

16、gned char t0count; /t0计数器溢出次数unsigned char timecount; bit flag; / 标志位unsigned long x; /脉冲次数void delay1ms(unsigned char t) /延时1ms unsigned char j,tt;for(j=0;j<t;j+) for(tt=0;tt<120;tt+);void main(void)unsigned char i;tmod=0x15; /定时器0、1工作方式th0=0; /初始化tl0=0;th1=(65536-50000)/256;tl1=(65536-50000)

17、%256;tr1=1; /启动定时器1tr0=1; /启动定时器0et0=1; /允许t0中断et1=1; /允许t1中断ea=1; /开中断while(1) /等待中断，并处理和显示数据 if(flag=1) /1s计数到,标志位为1 x=0; tr1=0; /关定时器1 flag=0; /标志位清零 x=t0count*65536+th0*256+tl0; /1s内的脉冲个数 ，即频率 if(x>12000)&&(x<18000)x=x-1; /高频时减小误差 else if(x>18000)&&(x<20000)x=x-2; els

18、e if(x>20000)&&(x<30000)x=x-3; temp0=x%10; /数据处理 ，取个位 temp1=(x/10)%10; / 取十位 temp2=(x/100)%10; /取百位 temp3=(x/1000)%10; /取千位 temp4=x/10000; /取万位 t0count=0; /清零 th0=0; /清零 tl0=0; /清零 th1=(65536-50000)/256; /置初值 tl1=(65536-50000)%256; tr0=1; /开定时器0 计数 tr1=1; /开定时器1 for(i=0,dispcount=0;dis

19、pcount<5,i<5;dispcount+,i+) /送数据显示 seg=0xff; /开数码管 钢制闪烁 dispbufi=tempi; seg =dispcodedispbufdispcount; seg_w =dispbitdispcount; delay1ms(4); void t0(void) interrupt 1 using 0 /t0中断 t0count+;void t1(void) interrupt 3 using 0 /t1中断 th1=(65536-50000)/256; /置初值，每4ms中断一次 tl1=(65536-50000)%256; time

20、count+; if(timecount=20) /满250次为1s 即 250x4ms tr0=0; /关掉t0计数器 timecount=0; flag=1; 4.2程序调试及误差分析写好程序后用protues仿真。第一次仿真结果为：在低频时测得的数据很准确，在5khz以上开始有误差，且随着频率的上升，误差增大。当信号频率为25khz时，误差为+77hz。分析了一下程序觉得t1重装次多太多造成计数时间偏大是误差的主要原因。修改了程序，让t0从原来的每次定时5ms，定时1s重装200次变为每次定时50ms，定时1s重装20次后，第二次仿真。误差大大减小，为+5hz。此时，误差还是不能满足要求

21、。在程序中加以下几个语句if(x>12000)&&(x<18000)x=x-1; else if(x>18000)&&(x<20000)x=x-2;else if(x>20000)&&(x<30000)x=x-3;来减小较高频时的误差。虽然觉得这样不合理，不过这样处理后，误差真的减了好多。满足了设计的初始要求。五、制作pcb板及焊接元件调试将原理图导入pcb，布好线后如下图: 将布好线的pcb拿去打印，并将打印纸用电熨斗印在板子上。印好后放进三氯化铁溶液中腐蚀两个小时即可腐蚀完毕。清洗腐蚀好的板子，刮去铜线上的石墨。弄干净后准备安插焊接元件